DE19846687A1 - Medical device for performing operations on human or animal body updates preoperative image based on comparison of intraoperative image data at different points in time - Google Patents

Medical device for performing operations on human or animal body updates preoperative image based on comparison of intraoperative image data at different points in time

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Abstract

Imaging device (20) obtains intraoperative image data relating to the operation region during the operation. Updating device (10,12) compares intraoperative image data obtained at one point in time with intraoperative image data obtained at a later point in time, and updates preoperative image data according to the change determined by the comparison. Updated imaged data are fed to the display. The device stores preoperative image data relating to an operation region and displays them on a screen (22). An Independent claim is also included for a method of producing an image of a human or animal body.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausführen von medizinischen Eingriffen (Operationen) am menschlichen oder tierischen Körper, mit einer Einrichtung zum Speichern von er­ sten Bilddaten über das Operationsgebiet, die beispielsweise im Wege der Computertomographie und/oder der Kernspintomogra­ phie gewonnen worden sind, und mit einer Einrichtung zum An­ zeigen von Bilddaten.The invention relates to a device for executing medical interventions (operations) on human or animal body, with a device for storing it Most image data about the operation area, for example by means of computer tomography and / or magnetic resonance imaging have been won, and with a facility for acceptance show image data.

Im Gegensatz zu Operationen in der Orthopädie ändert sich das Operationsgebiet z. B. in der Hirnchirurgie und der Leber­ chirurgie während des Eingriffs. Im Falle beispielsweise der Koagulation eines Hirntumors treten nämlich zwei Effekte auf. In contrast to operations in orthopedics is changing the operating area z. B. in brain surgery and the liver surgery during the procedure. In the case of, for example Coagulation of a brain tumor has two effects.  

Der Hirntumor wird sich zum einen absenken und zum anderen an Volumen abnehmen, wobei das Gehirn jeweils sofort das von dem koagulierenden Tumor freigegebene Volumen einnimmt. Mithin ist es erforderlich, präoperativ gewonnene Bilddaten intraoperativ zu aktualisieren, um zu verhindern, daß wegen falscher oder fehlender Informationen über die aktuelle Lage des zu koagu­ lierenden Tumors Schädigungen des angrenzenden Gehirns auftre­ ten.The brain tumor will lower on the one hand and on the other hand Decrease volume, the brain immediately that of that coagulating tumor occupies released volume. So is it is necessary to obtain preoperative image data intraoperatively to update to prevent wrong or wrong missing information about the current location of the koagu lating tumor damage to the adjacent brain ten.

Um detaillierte Informationen über das Operationsgebiet zu erhalten, werden bildgebende Verfahren eingesetzt, wie bei­ spielsweise die Kernspintomographie und die Computertomogra­ phie. Beide bildgebenden Verfahren sind aber nur eingeschränkt oder gar nicht zur intraoperativen Bildgebung geeignet. Bild­ gebende Verfahren mittels Ultraschalls können zwar intraopera­ tiv angewendet werden, die damit gewonnenen Bilddaten sind aber meist nicht detailliert genug.To get detailed information about the area of operation to obtain, imaging methods are used, as in for example magnetic resonance imaging and computed tomography phie. However, both imaging methods are only limited or not suitable for intraoperative imaging. Picture procedures using ultrasound can be intraopera tiv applied, the image data thus obtained but mostly not detailed enough.

Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der in­ traoperativ ausreichend detaillierte Bilddaten ermittelt und angezeigt werden können.The invention is therefore based on the object Specify device of the type mentioned, with which in Sufficiently detailed image data are determined and can be displayed.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einer Vor­ richtung der eingangs genannten Art gelöst durch eine bei­ spielsweise mit Ultraschall arbeitende bildgebende Einrichtung zum Gewinnen von zweiten Bilddaten über das Operationsgebiet während der Operation und eine Aktualisierungseinrichtung, die dazu ausgelegt ist, zu einem ersten Zeitpunkt gewonnene zweite Bilddaten mit zu einem zweiten, nach dem ersten Zeitpunkt lie­ genden Zeitpunkt gewonnenen zweiten Bilddaten zu vergleichen, die ersten Bilddaten entsprechend der sich aus dem Vergleich ergebenden Veränderung zu aktualisieren und die aktualisierten ersten Bilddaten der Anzeigeeinrichtung zuzuleiten. According to the invention, the task at hand direction of the type mentioned solved by a for example, an ultrasound imaging device for obtaining second image data about the operating area during the operation and an update facility that is designed to be obtained at a first point in time Image data with a second, after the first point in time compare the second image data obtained at the time, the first image data corresponding to that resulting from the comparison resulting change to update and the updated to supply first image data to the display device.  

Mit anderen Worten werden intraoperativ nicht oder nur schwer zu erhaltende, jedoch ausreichend detaillierte Bildda­ ten präoperativ gewonnen und intraoperativ mittels während der Operation leichter zu erhaltender, jedoch weniger detaillier­ ter Bilddaten aktualisiert und angezeigt, so daß ein aktuelles und ausreichend detailliertes, wenngleich künstlich erzeugtes Bild erhalten und angezeigt werden kann. Es werden also erfin­ dungsgemäß die intraoperativ erhaltenen Bilddaten nicht selbst zur Anzeige gebracht, sondern nur dazu verwendet, präoperativ erhaltene und wesentlich detailliertere Bilddaten zu aktuali­ sieren.In other words, not intraoperatively or only difficult to obtain, but sufficiently detailed image obtained preoperatively and intraoperatively during the Operation easier to obtain, but less detailed ter image data updated and displayed so that a current and sufficiently detailed, albeit artificially created Image received and displayed. So they are invented According to the intraoperative image data not received itself displayed, but only used preoperatively updated and much more detailed image data sieren.

Erfindungsgemäß bevorzugt kann vorgesehen sein, daß die Aktualisierungseinrichtung die ersten Bilddaten in vorbestimm­ ten Zeitabständen aktualisiert. Die Zeitabstände werden dabei den der jeweilig durchzuführenden Operation eigenen Erforder­ nissen angepaßt sein. Manche Veränderungen, wie z. B. Schrump­ fungen bei Koagulation erfordern, daß die Aktualisierung na­ hezu in Echtzeit erfolgt. Dies kann viele Aktualisierungen pro Sekunde bedeuten.According to the invention, it can preferably be provided that the Update device the first image data in predetermined ten intervals updated. The time intervals are there the specific requirements of the operation to be performed be adjusted. Some changes, such as B. Shrink Coagulation tests require that the update na so done in real time. This can be a lot of updates per Mean second.

Es kann aber auch vorgesehen sein, daß die Aktualisie­ rungseinrichtung die ersten Bilddaten immer dann aktualisiert, wenn die sich aus dem Vergleich ergebenden Änderungen ein vor­ bestimmtes Maß überschreiten. Mit anderen Worten erfolgt eine Aktualisierung nur dann, wenn dies erforderlich ist, weil zu berücksichtigende Änderungen eingetreten sind. Dadurch kann die zur Aktualisierung erforderliche Rechenzeit und -kapazität auf ein Minimum reduziert werden.However, it can also be provided that the update the first image data is always updated, if the changes resulting from the comparison a before exceed certain dimensions. In other words, there is one Update only when necessary because too changes have taken into account. This can the computing time and capacity required to update be reduced to a minimum.

Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Operationsroboter auf, der dazu ausgelegt ist, unter Einbezie­ hung der aktualisierten ersten Bilddaten manuell eingegebene Befehle auszuführen und/oder nach einem vorbestimmten Programm mindestens einen Operationsschritt selbsttätig auszuführen. The device according to the invention preferably has a Surgical robot, which is designed to include The updated first image data entered manually Execute commands and / or according to a predetermined program to perform at least one operation step automatically.  

Mit anderen Worten arbeitet der Operationsroboter selbsttätig auf der Grundlage der jeweils aktualisierten ersten Bilddaten, und/oder er wird von einem Operateur geführt, der die jeweils aktualisierten Bilddaten der Anzeigeeinrichtung entnehmen kann und gegebenenfalls durch endoskopische Einrichtungen di­ rekten Einblick in den Operationsbereich hat.In other words, the surgical robot works automatically on the basis of the respectively updated first image data, and / or it is managed by an operator who performs the respective Take updated image data from the display device can and if necessary by endoscopic devices di has direct insight into the operating area.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, daß der Operations­ roboter dazu ausgelegt ist, auf ein vorbestimmtes Volumen in dem durch die aktualisierten ersten Bilddaten repräsentierten Operationsgebiet beschränkt zu arbeiten. Dieses Volumen kann beispielsweise ein zu koagulierender Hirntumor sein. Mithin wird der Operationsroboter in diesem Fall die Koagulation auf den Tumor beschränken, so daß angrenzende Gehirnsubstanz nicht gefährdet ist.According to the invention it can be provided that the operations robot is designed to have a predetermined volume in that represented by the updated first image data Operation area limited to work. This volume can for example, a brain tumor to be coagulated. Hence in this case, the surgical robot starts the coagulation restrict the tumor so that adjacent brain matter does not endangered is.

Der Operationsroboter kann erfindungsgemäß dazu ausgelegt sein, einen vorbestimmten Abstand zu einer vorbestimmten Grenzoberfläche in dem durch die aktualisierten ersten Bildda­ ten repräsentierten Operationsgebiet einzuhalten. Wiederum gilt, daß dadurch an das Operationsgebiet angrenzende Hirnsub­ stanz vor einer Schädigung durch den Operationsroboter sicher ist.According to the invention, the surgical robot can be designed for this be a predetermined distance from a predetermined one Boundary surface in the by the updated first image to comply with the represented area of operation. In turn applies that this means that the brain sub bordering the operation area punch safe from damage by the surgical robot is.

Ferner kann der Operationsroboter erfindungsgemäß dazu ausgelegt sein, einen vorbestimmten Punkt in dem durch die ak­ tualisierten ersten Bilddaten repräsentierten Operationsgebiet anzufahren. Bei so einem Anfahrpunkt kann es sich beispiels­ weise um das Zentrum eines zu koagulierenden Hirntumors han­ deln.According to the invention, the surgical robot can also do this be designed to a predetermined point in the by the ak updated first image data represented area of operation to start. With such a starting point it can be, for example wise around the center of a brain tumor to be coagulated deln.

Erfindungsgemäß bevorzugt ist eine Einrichtung zum Einge­ ben des Beschränkungsvolumens, der Grenzoberfläche und/oder des Anfahrpunktes vorgesehen. Dadurch hat der Operateur die Möglichkeit, dem Operationsroboter präoperativ und/oder in­ traoperativ die für die Sicherheit erforderlichen und oben be­ schriebenen Grenzen zu setzen bzw. einen Anfahrpunkt zu set­ zen, der zu Beginn, im Verlauf oder gegen Ende der Operation von dem Operationsroboter angefahren werden soll.According to the invention, an input device is preferred ben of the restriction volume, the boundary surface and / or the approach point. As a result, the surgeon has the Possibility to preoperatively and / or in the surgical robot  traoperatively the necessary for security and above be to set written limits or to set a starting point zen, at the beginning, in the course or towards the end of the operation to be approached by the surgical robot.

Erfindungsgemäß bevorzugt ist eine Eicheinrichtung vorge­ sehen, die fest an dem Körper anzubringen ist und die minde­ stens eine Landmarke aufweist, welche bezüglich des Körpers einen festen gemeinsamen Bezugspunkt für die ersten und die zweiten Bilddaten darstellt. Eine solche Eicheinrichtung dient beispielsweise dazu, mittels Ultraschall erhaltene Bilddaten unmittelbar vor Beginn der Operation mit präoperativ im Wege der Computertomographie oder der Kernspintomographie erhalte­ nen Bilddaten durch sogenannte Koregistrierung abgleichen zu können.According to the invention, a calibration device is preferred see that is to be attached firmly to the body and the minde least has a landmark, which with respect to the body a fixed common point of reference for the first and the represents second image data. Such a calibration device is used for example, image data obtained by means of ultrasound immediately before the start of the operation with preoperatively in the way computer tomography or magnetic resonance imaging compare image data by so-called co-registration can.

Die Eicheinrichtung ist erfindungsgemäß bevorzugt von ei­ nem stereotaktischen Rahmen gebildet. Selbstverständlich sind auch andere (äquivalente) Einrichtungen für diesen Zweck ein­ setzbar.According to the invention, the calibration device is preferably from ei a stereotactic frame. Of course other (equivalent) facilities for this purpose settable.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Erzeugen eines Bildes eines menschlichen oder tierischen Körpers.The invention further relates to a method for generating an image of a human or animal body.

Wie bereits oben erwähnt, gibt es Situationen, beispiels­ weise während einer Operation, in denen nur Bildgebungsverfah­ ren angewendet werden können, die keine ausreichend detail­ lierten Bilddaten ergeben.As mentioned above, there are situations, for example wise during an operation in which only imaging can be applied that are not sufficiently detailed lated image data result.

Der Erfindung stellt sich mithin die Aufgabe, ein Verfah­ ren der genannten Art anzugeben, das auch dann intraoperativ detaillierte Bilddaten ergibt, wenn ein entsprechend detail­ liert arbeitendes Bildgebungsverfahren intraoperativ nicht an­ wendbar ist. The object of the invention is therefore a process ren of the type mentioned, even intraoperatively detailed image data results if a correspondingly detailed does not use working imaging procedures intraoperatively is reversible.  

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch ein Ver­ fahren mit folgenden Schritten gelöst:
According to the invention, the object is achieved by driving with the following steps:

  • - Speichern erster, beispielsweise im Wege der Computerto­ mographie oder der Kernspintomographie gewonnener Bildda­ ten des Körpers,- Save first, for example by means of Computerto imaging or magnetic resonance imaging body,
  • - Aufnehmen zweiter Bilddaten des Körpers, beispielsweise mittels Ultraschalls, zu einem ersten und zu einem zwei­ ten, nach dem ersten Zeitpunkt liegenden Zeitpunkt,- Recording second image data of the body, for example by means of ultrasound, to a first and to a two ten after the first point in time,
  • - Vergleichen der zu dem ersten und zu dem zweiten Zeit­ punkt aufgenommenen zweiten Bilddaten miteinander,- Compare those at the first and second times point-recorded second image data with one another,
  • - Aktualisieren der ersten Bilddaten entsprechend einer sich aus dem Vergleich ergebenden Veränderung und- Update the first image data according to one change resulting from the comparison and
  • - Anzeigen der aktualisierten ersten Bilddaten.- Display of the updated first image data.

Wie bereits oben unter Bezugnahme auf die erfindungsge­ mäße Vorrichtung detailliert erläutert, wird nach dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren in bestimmten Situationen, d. h. bei­ spielsweise während einer Operation, ein Bildgebungsverfahren angewendet, das weniger detaillierte Bilddaten liefert, wobei nicht diese weniger detaillierten Bilddaten, sondern anhand der Änderung der weniger detaillierten Bilddaten aktualisierte detailliertere Bilddaten angezeigt werden.As already above with reference to the fiction moderate device explained in detail, is invented method according to the invention in certain situations, d. H. at for example during an operation, an imaging procedure applied, which provides less detailed image data, where not this less detailed image data, but based on the change in the less detailed image data updated more detailed image data are displayed.

Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß sich das er­ findungsgemäße Verfahren ausschließlich auf das Erzeugen bzw. Anzeigen eines Bildes des menschlichen oder tierischen Kör­ pers, nicht aber auf eine Diagnose oder Therapie bezieht. Zur Diagnose ist es nämlich erforderlich, das Bild nicht nur zu erzeugen und anzuzeigen, sondern auch auszuwerten. Zur Thera­ pie sind über die bloße Erzeugung und das bloße Anzeigen hin­ ausgehende Maßnahmen an dem Körper erforderlich.It should be expressly pointed out that this is methods according to the invention exclusively for generating or Viewing an image of the human or animal body pers, but not related to diagnosis or therapy. For Diagnosis is because it is necessary not only to close the picture generate and display, but also to evaluate. To Thera  pie are about mere generation and mere display outgoing measures on the body required.

Erfindungsgemäß bevorzugt werden der erste Zeitpunkt und die Lage des Körpers bei dem Aufnehmen der zweiten Bilddaten derart gewählt, daß die zum ersten Zeitpunkt aufgenommenen zweiten Bilddaten den gespeicherten ersten Bilddaten entspre­ chen.The first point in time and are preferred according to the invention the position of the body when taking the second image data chosen such that those recorded at the first time second image data corresponds to the stored first image data chen.

Mit anderen Worten wird eine Eichung insofern vorgenom­ men, daß die ersten und die zweiten Bilddaten einmal aufeinan­ der abgestimmt werden, indem sie ein und denselben Zustand des Körpers wiedergeben.In other words, calibration is carried out in this respect men that the first and the second image data once on each other who can be tuned by sharing the same state of Play body.

Erfindungsgemäß kann der Schritt des Aktualisierens in vorbestimmten Zeitabständen durchgeführt werden.According to the invention, the step of updating in predetermined time intervals are performed.

Es kann aber auch vorgesehen sein, daß der Schritt des Aktualisierens immer (nur) dann durchgeführt wird, wenn die sich aus dem Vergleich ergebenden Änderungen ein vorbestimmtes Maß überschreiten. Dadurch kann Rechenzeit und -kapazität ein­ gespart werden.But it can also be provided that the step of Update is always (only) carried out when the changes resulting from the comparison a predetermined Exceed dimension. This can save computing time and capacity be saved.

Im folgenden ist die Erfindung anhand bevorzugter Ausfüh­ rungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung mit weiteren Einzelheiten näher erläutert, wobei die Zeichnung schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung zeigt.In the following, the invention is based on a preferred embodiment Example with reference to the accompanying drawing explained in more detail with further details, the drawing schematically an embodiment of the inventions device according to the invention shows.

Herzstück der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Rech­ ner 10 mit einem Vergleicher 12. Mittels eines fest am Körper, zu neurochirurgischen Zwecken beispielsweise am Kopf ange­ brachten stereotaktischen Rahmens 14 wird präoperativ unter Einbeziehung von Landmarken ein Computertomogramm und/oder ein Kernspintomogramm mittels eines Computertomographen bzw. Kern­ spintomographen 16 aufgenommen. Die dabei erhaltenen Bilddaten werden in einem Speicher 18 abgelegt. Zu Beginn der Operation wird unter Benutzung desselben stereotaktischen Rahmens 14 mittels eines Ultraschallgeräts 20 ein Ultraschallbild aufge­ nommen, das zu Eichzwecken mit dem Computertomogramm bzw. Kernspintomogramm abgeglichen wird.The heart of the device according to the invention is a computer 10 with a comparator 12 . By means of a stereotactic frame 14 attached to the body, for neurosurgical purposes, for example on the head, a computed tomogram and / or a magnetic resonance tomogram is recorded preoperatively using landmarks by means of a computer tomograph or magnetic resonance tomograph 16 . The image data obtained in this way are stored in a memory 18 . At the beginning of the operation, an ultrasound image is taken using the same stereotactic frame 14 by means of an ultrasound device 20 , which is compared with the computer tomogram or magnetic resonance tomogram for calibration purposes.

Das präoperativ gewonnene Computertomogramm bzw. Kern­ spintomogramm wird mittels einer Anzeige, beispielsweise in Form eines Monitors 22 angezeigt.The preoperatively acquired computer tomogram or magnetic resonance tomogram is displayed by means of a display, for example in the form of a monitor 22 .

Im Verlaufe der Operation, die beispielsweise mittels ei­ nes Operationsroboters 24 durchgeführt wird, werden immer wie­ der Ultraschallbilder erzeugt, die mit vorhergehenden Ultra­ schallbildern verglichen werden. Dabei sich ergebende Abwei­ chungen dienen dazu, das Computertomogramm bzw. das Kernspin­ tomogramm entsprechend zu ändern. Die jeweils so geänderte ak­ tuellste Version des Computertomogramms bzw. Kernspintomo­ gramms wird zum einen von dem Rechner 12 dem Monitor 22 zuge­ führt, so daß der Operateur durchgehend über den Verlauf der Operation informiert ist. Zum anderen wird sie aber auch ver­ wendet, um den Operationsroboter 24 zu steuern, was beispiels­ weise beinhaltet, daß ihm ein (sich im Laufe der Operation veränderndes) Operationsvolumen zugewiesen wird, wobei er bei­ spielsweise weiter dazu angehalten wird, einen vorbestimmten Abstand von einer vorher in den Rechner eingegebenen Grenzoberfläche einzuhalten.In the course of the operation, which is carried out, for example, by means of an operating robot 24 , ultrasound images are always generated, which are compared with previous ultrasound images. The resulting deviations serve to change the computed tomogram or the magnetic resonance tomogram accordingly. The most recent version of the computer tomogram or magnetic resonance tomogram is changed in this way is fed from the computer 12 to the monitor 22 so that the surgeon is continuously informed about the course of the operation. On the other hand, it is also used to control the operation robot 24 , which includes, for example, that an operation volume (which changes in the course of the operation) is assigned to it, with it being stopped, for example, by a predetermined distance of one to maintain the boundary surface entered in the computer beforehand.

Der Operationsroboter 24 ist u. a. zu folgendem in der Lage:
The surgical robot 24 is capable of the following, among other things:

  • - automatisches Beschränken auf einen vom Operateur vorge­ planten Raum,- Automatic restriction to one pre-selected by the surgeon planned space,
  • - automatisches Halten einer vorgegebenen Distanz zu einer Oberfläche im Operationsgebiet und/oder- Automatic keeping a predetermined distance to one Surface in the operating area and / or
  • - Zurückkehren zu einem vorgewähltem Punkt im Opera­ tionsfeld oder am operativen Zugangsweg.- Return to a selected point in Opera field or on the operative access route.

Das Programmieren dieser robotischen Leistungen erfolgt dadurch, daß der Operateur auf Schichtbildern präoperativ er­ haltener Bilddatensätze manuell Umgrenzungen angibt, welche sodann Punkte, Strecken oder Räume ergeben und für die Steue­ rung des Operationsroboters 24 verwendet werden können. Ein solcher Punkt kann ein Start- oder Zielpunkt oder ein Rück­ kehrpunkt auf einen operativen Zugangsweg sein. Eine Strecke kann eine Verbindungslinie zwischen verschiedenen Punkten auf einem Zugangsweg zu einem Operationsgebiet oder innerhalb des Operationsgebietes sein. Ein Raum oder Volumen kann der Umfang eines soliden oder zystischen Tumors oder einer Zyste bzw. de­ ren Wandung sein, deren Außengrenze mit einem Operationsin­ strument nicht berührt werden soll.The programming of these robotic services is carried out by the operator manually specifying boundaries on slice images of preoperative image data sets which then result in points, distances or spaces and can be used for the control of the operating robot 24 . Such a point can be a starting or destination point or a return point on an operational access route. A route can be a connecting line between different points on an access path to an operating area or within the operating area. A space or volume can be the circumference of a solid or cystic tumor or a cyst or its wall, the outer border of which should not be touched with an operating instrument.

Zur Kontrolle der räumlichen Gegebenheiten und ihrer Ver­ änderungen während einer Operation bedient sich der Operateur der intraoperativen Ultraschallbildgebung.To control the spatial conditions and their ver The surgeon uses changes during an operation intraoperative ultrasound imaging.

Vor der Operation wird ein 3D-Datensatz mit einem bildge­ benden Verfahren wie etwa der Kernspintomographie oder der Computertomographie hergestellt. Dieser Datensatz dient als Referenzbildgebung für die weiteren Schritte. Während dieser Untersuchung wird für neurochirurgische Zwecke dem Patienten der stereotaktische Rahmen 14 am Kopf befestigt. Dieser Rahmen 14 enthält Landmarken, welche zur Eichung bzw. Koregistrierung der Systeme zu Operationsbeginn verwendet werden können. Zum Zeitpunkt des Operationsbeginns wird der Operationsroboter 24, der beispielsweise die Form eines Roboterarms hat, in eine fest vorgegebene räumliche Beziehung zu dem montierten stereo­ taktischen Rahmen 14 gebracht und fest montiert. Sodann werden Landmarkenpunkte mit der Spitze des Operationsinstruments als Eichungsgerät angefahren, wodurch eine eindeutige Beziehung zwischen dem Arbeitsraum des Roboters und dem Raum der präope­ rativ hergestellten Bilder erzeugt wird. Eine ähnliche feste Verbindung wird sodann hergestellt zwischen dem stereotakti­ schen Rahmen 14 und dem zu inplantierenden Ultraschallkopf 20 zur Herstellung 3-dimensionaler Ultraschallbilder. Durch diese feste, vorgegebene Verbindung zwischen dem präoperativen Bild­ raum und dem intraoperativen Ultraschallbildraum besteht die Möglichkeit, Veränderungen im Operationsfeld mit Hilfe der Ul­ traschallbildgebung zunächst einmal festzuhalten.Before the operation, a 3D data set is produced using an imaging method such as magnetic resonance imaging or computer tomography. This data set serves as reference imaging for the further steps. During this examination, the stereotactic frame 14 is attached to the patient's head for neurosurgical purposes. This frame 14 contains landmarks which can be used to calibrate or co-register the systems at the start of the operation. At the time of the start of the operation, the operation robot 24 , which has the shape of a robot arm, for example, is brought into a fixed, predetermined spatial relationship with the mounted stereo tactical frame 14 and is permanently installed. Landmark points are then approached with the tip of the surgical instrument as a calibration device, as a result of which a clear relationship is generated between the work space of the robot and the space of the pre-operative images. A similar fixed connection is then made between the stereotactic frame 14 and the ultrasound head 20 to be implanted for the production of 3-dimensional ultrasound images. This fixed, predetermined connection between the preoperative image space and the intraoperative ultrasound image space makes it possible to initially record changes in the operating field with the aid of ultrasound imaging.

Sodann erfolgt eine sogenannte Koregistrierung zwischen präoperativen und intraoperativen Bildern mit dem Ziel, diese Informationen in Echtzeit an den Roboterarm weiterzugeben und damit die geplanten operativen Schritte an die aktuellen räum­ lichen Gegebenheiten anzupassen. Außerdem ermöglicht es dieser Koregistrierschritt, für die Bilddarstellung, welche dem Ope­ rateur während des Eingriffs als Orientierung dient, die je­ weils qualitativ höchstwertige Darstellung der aktuellen Gege­ benheiten zu erhalten, indem durch die Koregistrierung zum Beispiel der präoperative 3D-Kernspindatensatz nach den im in­ traoperativen Ultraschallbild erkannten räumlichen Veränderun­ gen abgewandelt und dargestellt wird. Der koregistrierte, ab­ gewandelte Kernspindatensatz als Kunstprodukt eines Koregi­ strierschrittes wird daher Bilder ergeben, welche den Anschein erwecken, es sei intraoperative Kernspintomographie durchge­ führt worden. Tatsächlich aber wurde die Bildinformation von der intraoperativen Ultraschallbildgebung dazu verwendet, den präoperativen Kernspindatensatz derart abzuändern, daß das neue Kernspinbild den aktuellen räumlichen Gegebenheiten ent­ spricht und identisch mit denen des aktuellen Ultraschallbil­ des ist. Damit können gegebenenfalls auch Bilddetails aus dem Kernspinbild, welche im Ultraschallbild nicht darstellbar sind, in diese abgewandelten, der aktuellen Situation angegli­ chenen Form dargestellt werden und dem Operateur ein hoch auf­ gelöstes virtuelles Bild seines Operationsgebietes präsentie­ ren. Umgekehrt werden damit auch Bildinhalte präsentierbar, welche im präoperativen Bild nicht vorkommen, die also erst mittels des Ultraschalls erhalten werden können.Then there is a so-called co-registration between preoperative and intraoperative images with the aim of this Pass on information to the robot arm in real time and thus the planned operational steps to the current space adapt to the circumstances. It also enables this Co-registration step, for the image display, which the Ope guideline during the procedure serves as an orientation, because the highest quality representation of the current area to obtain certainties by registering with the Example of the preoperative 3D MRI data record according to the in traoperative ultrasound image detected spatial changes is modified and presented. The co-registered, from converted nuclear spin data set as an artifact of a Koregi The step will therefore result in images that appear awaken that intraoperative magnetic resonance imaging was done leads. In fact, the image information from intraoperative ultrasound imaging is used change preoperative MRI data record so that the new magnetic resonance image according to the current spatial conditions  speaks and is identical to that of the current ultrasound scan that is. If necessary, this also allows image details from the Magnetic resonance image, which cannot be shown in the ultrasound image are, in this modified, appropriate to the current situation be presented in a form that appeals to the surgeon present a resolved virtual image of his area of operation Conversely, image content can also be presented, which do not appear in the preoperative image, that is can be obtained by means of ultrasound.

Im Detail bedeutet dieser Koregistriermechanismus, daß vorgeplante Zielpunkte, Strecken, Flächen und Räume des Robo­ terraumes jeweils den aktuellen Gegebenheiten im Operationsge­ biet angepaßt werden. Sie ermöglichen aktuell präzises Operie­ ren.In detail, this co-registration mechanism means that pre-planned destinations, routes, areas and rooms of the Robo terraumes the current situation in the operation area area to be adjusted. They currently enable precise opera ren.

Wenn also z. B. eine Koagulationssonde aktiviert wird, um den zentralen Bereich eines Tumors zu koagulieren, wird als Folge des Koagulationsvorgangs der gesamte Tumor schrumpfen und die vom Operateur präoperativ vorgegebene Tumorgrenze nicht mehr den aktuellen Tumorgrenzen entsprechen. Die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung ist dazu in der Lage, Bewegungen die­ ser vorgegebenen Grenze zu beobachten und zu dokumentieren, also die Volumenveränderungen zu registrieren und an den Ope­ rationsroboter weiterzugeben. Das vom Operateur im Rahmen sei­ ner präoperativen Planung vorgegebene Volumen wird als "Alarmvolumen" bezeichnet. Die Steuersoftware zur Registrie­ rung von Veränderungen dieses Volumens bzw. Veränderungen der Oberfläche dieses Volumens wird als "Alarmvolumen-Adaptie­ rungstool" (AVAT) bezeichnet.So if e.g. B. a coagulation probe is activated to coagulating the central area of a tumor is called As a result of the coagulation process, the entire tumor shrink and the tumor limit specified by the operator preoperatively no longer correspond to the current tumor boundaries. The invent The device according to the invention is capable of movements observe and document this specified limit, So to register the volume changes and to the ope pass on rationsrobot. That is within the scope of the surgeon The pre-operative planning volume is given as "Alarm volume" referred to. The control software for registration changes in this volume or changes in Surface of this volume is called "alarm volume adaptation tion tool "(AVAT).

Eines der Programme für robotische operative Leistungen besteht darin, ein vom Operateur vorgeplantes Volumen automa­ tisch zu koagulieren. Dabei wird der automatische Koagulati­ onsvorgang gestoppt, sobald das aktuell koagulierte Volumen an einer Stelle das geplante Volumen erreicht. Dabei ist die Lei­ stung des AVAT zu berücksichtigen, welches gewährleistet, daß das geplante Volumen gegen Ende des Koagulationsvorgangs nicht mehr dem aktuellen Volumen entspricht, weil der gesamte Tumor während des Koagulationsvorgangs geschrumpft ist. Der Koagula­ tionsvorgang wird also entsprechend der Bewegung der Tumoroberfläche während des Koagulationsvorgangs adaptiert und früher beendet.One of the programs for robotic operational services consists of a volume planned by the surgeon automa to coagulate table. The automatic coagulation ons stopped as soon as the currently coagulated volume on  the planned volume is reached at one point. Here is the lei of the AVAT, which ensures that the planned volume towards the end of the coagulation process corresponds more to the current volume because the entire tumor has shrunk during the coagulation process. The coagula tion process is so according to the movement of the Tumor surface adapted during the coagulation process and ended earlier.

Der nächste Operationsschritt besteht dann beispielsweise darin, die Spitze der Koagulationssonde in den Mittelpunkt je­ ner neuen Kugel zu befördern, welche den größtmöglichen näch­ sten zu koagulierenden Resttumoranteil beinhaltet. Auch dabei ist wieder das AVAT zur Adaptierung zwischen geplantem und ak­ tuellem Volumen zu berücksichtigen. Außerdem wird für diesen und die darauffolgenden Schritte zur dritten, vierten, etc. Koagulation jeweils die Bewegung vom aktuellen Standpunkt der Sondenspitze zu einem vorgegebenen Eintrittspunkt und von dort entlang einer Zugangsstrecke zum neuen Zielpunkt geführt.The next operation step is then, for example in that the tip of the coagulation probe is at the center to convey a new ball, which is the largest possible next most of the residual tumor to be coagulated. Also there is again the AVAT for adaptation between planned and current volume to be taken into account. In addition, for this and the subsequent steps to the third, fourth, etc. Coagulation each movement from the current point of view Probe tip to a given entry point and from there led along an access route to the new destination.

Ein weiterer Programmablauf ist beispielsweise dazu vor­ gesehen, die innere Oberfläche eines zystischen Tumors mit ei­ nem Operationsinstrument abzuscannen, zuerst eine vorgegebene Schichtdicke zu koagulieren und sodann das koagulierte Gewebe abzuschürfen. Dabei wird das Distanzhalteprogramm aktiviert, welches gewährleistet, daß ein Sicherheitsabstand von der Koagulationsgrenze gehalten wird, damit bei der Tumorentfer­ nung Blutungen vermieden werden.Another program flow is for example in front of it seen the inner surface of a cystic tumor with egg scan a surgical instrument, first a predetermined one Coagulate layer thickness and then the coagulated tissue to scrape. The distance keeping program is activated, which ensures that a safety distance from the Coagulation limit is kept, thus, at the tumor removal bleeding should be avoided.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen so­ wie der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausfüh­ rungsformen wesentlich sein.The so in the above description, the claims Features of the invention as disclosed in the drawing both individually and in any combination for the Realization of the invention in its various embodiments forms are essential.

Claims (14)

1. Vorrichtung zum Ausführen von medizinischen Eingriffen (Operationen) am menschlichen oder tierischen Körper, mit
einer Einrichtung (18) zum Speichern von ersten Bilddaten über das Operationsgebiet, die beispielsweise im Wege der Com­ putertomographie und/oder der Kernspintomographie gewonnen worden sind, und
einer Einrichtung (22) zum Anzeigen von Bilddaten, gekennzeichnet durch
eine beispielsweise mit Ultraschall arbeitende bildge­ bende Einrichtung (20) zum Gewinnen von zweiten Bilddaten über das Operationsgebiet während der Operation und
eine Aktualisierungseinrichtung (10, 12), die dazu ausge­ legt ist, zu einem ersten Zeitpunkt gewonnene zweite Bilddaten mit zu einem zweiten, nach dem ersten Zeitpunkt liegenden Zeitpunkt gewonnenen zweiten Bilddaten zu vergleichen, die er­ sten Bilddaten entsprechend der sich aus dem Vergleich erge­ benden Veränderung zu aktualisieren und die aktualisierten er­ sten Bilddaten der Anzeigeeinrichtung (22) zuzuleiten.1. Device for performing medical interventions (operations) on the human or animal body, with
a device ( 18 ) for storing first image data about the operation area, which have been obtained, for example, by computer tomography and / or magnetic resonance imaging, and
a device ( 22 ) for displaying image data, characterized by
an imaging device ( 20 ), for example working with ultrasound, for obtaining second image data about the operating area during the operation and
an update device ( 10 , 12 ), which is designed to compare second image data obtained at a first point in time with second image data obtained at a second point in time after the first point in time, the most recent image data corresponding to the result of the comparison Update change and supply the updated image data to the display device ( 22 ). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktualisierungseinrichtung (10, 12) die ersten Bilddaten in vorbestimmten Zeitabständen aktualisiert.2. Device according to claim 1, characterized in that the update device ( 10 , 12 ) updates the first image data at predetermined time intervals. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktualisierungseinrichtung (10, 12) die ersten Bilddaten immer dann aktualisiert, wenn die sich aus dem Vergleich erge­ benden Änderungen ein vorbestimmtes Maß überschreiten. 3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the update device ( 10 , 12 ) updates the first image data whenever the changes resulting from the comparison exceed a predetermined amount. 4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch einen Operationsroboter (24), der dazu aus­ gelegt ist, unter Einbeziehung der aktualisierten ersten Bild­ daten manuell eingebene Befehle auszuführen und/oder nach ei­ nem vorbestimmten Programm mindestens einen Operationsschritt selbsttätig auszuführen.4. Device according to one of the preceding claims, characterized by an operating robot ( 24 ), which is designed to carry out manually entered commands with the inclusion of the updated first image data and / or to carry out at least one operation step automatically according to a predetermined program. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Operationsroboter (24) dazu ausgelegt ist, auf ein vorbe­ stimmtes Volumen in dem durch die aktualisierten ersten Bildda­ ten repräsentierten Operationsgebiet beschränkt zu arbeiten.5. The device according to claim 4, characterized in that the operating robot ( 24 ) is designed to work limited to a predetermined volume in the operating area represented by the updated first image data. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Operationsroboter (24) dazu ausgelegt ist, einen vorbestimmten Abstand zu einer vorbestimmten Grenzoberfläche in dem durch die aktualisierten ersten Bilddaten repräsentier­ ten Operationsgebiet einzuhalten.6. The device according to claim 4 or 5, characterized in that the surgical robot ( 24 ) is designed to maintain a predetermined distance from a predetermined boundary surface in the operating area represented by the updated first image data. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Operationsroboter (24) dazu ausgelegt ist, einen vorbestimmten Punkt in dem durch die aktualisierten ersten Bilddaten repräsentierten Operationsgebiet anzufahren.7. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the operating robot ( 24 ) is designed to approach a predetermined point in the operating area represented by the updated first image data. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekenn­ zeichnet durch eine Einrichtung zum Eingeben des Beschrän­ kungsvolumens, der Grenzoberfläche und/oder des Anfahrpunktes.8. Device according to one of claims 4 to 7, characterized characterized by a facility for entering the restriction volume, the boundary surface and / or the approach point. 9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch eine Eicheinrichtung (14), die fest an dem Körper anzubringen ist und die mindestens eine Landmarke auf­ weist, welche bezüglich des Körpers einen festen gemeinsamen Bezugspunkt für die ersten und die zweiten Bilddaten dar­ stellt. 9. Device according to one of the preceding claims, characterized by a calibration device ( 14 ) which is to be fixedly attached to the body and which has at least one landmark which, with respect to the body, represents a fixed common reference point for the first and the second image data . 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Eicheinrichtung (14) von einem stereotaktischen Rahmen ge­ bildet ist.10. The device according to claim 9, characterized in that the calibration device ( 14 ) is formed by a stereotactic frame ge. 11. Verfahren zum Erzeugen eins Bildes eines menschlichen oder tierischen Körpers, mit folgenden Schritten:
  • - Speichern erster, beispielsweise im Wege der Computerto­ mographie oder Kernspintomographie gewonnener Bilddaten des Körpers,
  • - Aufnehmen zweiter Bilddaten des Körpers, beispielsweise mittels Ultraschalls, zu einem ersten und zu einem zwei­ ten, nach dem ersten Zeitpunkt liegenden Zeitpunkt,
  • - Vergleichen der zu dem ersten und zu dem zweiten Zeit­ punkt aufgenommenen zweiten Bilddaten miteinander,
  • - Aktualisieren der ersten Bilddaten entsprechend einer sich aus dem Vergleich ergebenden Veränderung und
  • - Anzeigen der aktualisierten ersten Bilddaten.
11. A method of producing an image of a human or animal body, comprising the following steps:
  • Storing first image data of the body obtained, for example, by means of computer tomography or magnetic resonance imaging,
  • Recording second image data of the body, for example by means of ultrasound, at a first and at a second time after the first point in time,
  • Comparing the second image data recorded at the first and at the second time with one another,
  • - Update the first image data according to a change resulting from the comparison and
  • - Display of the updated first image data.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zeitpunkt und die Lage des Körpers bei dem Aufnehmen der zweiten Bilddaten derart gewählt werden, daß die zum er­ sten Zeitpunkt aufgenommenen zweiten Bilddaten den gespeicher­ ten ersten Bilddaten entsprechen.12. The method according to claim 11, characterized in that the first time and location of the body when shooting the second image data are selected such that the he the second image data recorded at the time of the stored correspond to the first image data. 13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schritt des Aktualisierens in vorbestimmten Zeit­ abständen durchgeführt wird.13. The method according to claim 11 or 12, characterized in net that the step of updating in predetermined time intervals is carried out. 14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schritt des Aktualisierens immer dann durchge­ führt wird, wenn die sich aus dem Vergleich ergebenden Ände­ rungen ein vorbestimmtes Maß überschreiten.14. The method according to claim 11 or 12, characterized in net that the step of updating is always carried out  leads if the changes resulting from the comparison stations exceed a predetermined level.
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